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Winter Edition 2005 - Nr. 5
FEMFAT User Meeting Nord Amerika
DETROIT: Wir möchten Ihnen nicht vorenthalten, vom 1. FEMFAT User Meeting
North America aus dem Gebiet der "Big Five"
zu berichten. 17 Teilnehmer von AVL,
DaimlerChrysler, Ford, Vehma Engineering,
Toyota und Detroit Diesel trafen sich am 15.
Oktober in einem erlesenen Hotel in Detroit.
Ausführliche Präsentationen der FEMFAT
Spezialisten Dannbauer, Gaier, Schwarz und
Peiskammer über verschiedene Aspekte der
Betriebsfestigkeitsanalyse sowie Anwender-
vorträge von Ford über die detaillierte Lebensdaueranalyse eines Motorblocks und Vehma
zum Thema "Twist Axle" Analyse mit FEMFAT
BASIC, MAX und WELD vervollständigten das
Programm. Bei den zwischenzeitlichen
Diskussionsphasen kam unter den Teilnehmern ein reger Er fahrungsaustausch
zustande. Am Nachmittag fand ein praxisorientierter Workshop statt. Dort wurden den
Teilnehmern Anwenderfragen anschaulich
beantwortet.
news...news...news...news...news
Inhalt:
FEMFAT User Meeting USA _______ 1
FEMFAT User Meeting Steyr ____ 1
Kooperation mit Uni Leoben ____ 1
Neue FEMFAT User ____________ 1
Strukturoptimierung
mit TOSCA und FEMFAT ______ 2
Punktfügebewer tung
mit FEMFAT _________________ 2
Größeneinfluss in FEMFAT _____ 3
Per formanceunterschiede _____ 3
Schulungen __________________ 4
Kurzmeldungen _______________ 4
Veranstaltungskalender ________ 4
Impressum ___________________ 4
Besuchen Sie unsere Website:
www.femfat.com
STEYR: Betriebsfestigkeitsinteressierte und
alle FEMFAT Anwender sind herzlichst
eingeladen, das FEMFAT User Meeting vom
11. bis 13. Mai 2005 in Steyr zu besuchen.
Neben praxisbezogenen und leichtbauorientierten Anwendervorträgen von Audi,
DaimlerChrysler, BMW oder Volkswagen, um
nur einige zu nennen und den neuesten
FEMFAT Entwicklungen, bieten wir eine
Besichtigung der BMW Motoren GmbH in
Steyr und intensive Workshops einschließlich der bewähr ten 2-monatigen FEMFAT
Testlizenz an. Näheres er fahren Sie von
[email protected]
LEOBEN: Mit Herrn Univ.-Prof. Dr. Wilfried
Eichlseder, Institut für Allgemeinen Maschinenbau der Montanuniversität Leoben –
Hauptbegründer von FEMFAT - besteht eine
intensive Kooperation hinsichtlich Materialprüfungen von Werkstoffen zur Datenerhebung für FEMFAT HEAT. Die von der UNI
Leoben bereitgestellten Daten ermöglichen
dem FEMFAT Team, Werkstoffparameter
für das Sehitoglu-Schädigungsmodell abzuleiten. Falls Sie Interesse an einer solchen Werkstoffcharakterisierung für FEMFAT
HEAT haben, kontaktieren Sie bitte
[email protected]
NEUE FEMFAT User:
(seit Newsletter Spring Edition 2003)
COSMA COSWORTH DETROIT DIESEL FAW
FEDERAL MOGUL FESTO HILTI IAMT IVM
KATECH KEIPER LIEBHERR MAHLE MAN B&W
DIESEL MAZDA MERCEDES AMG MB
E N G I N E E R I N G M E R K L E & PA R T N E R
MITSUBISHI FUSO MTU FRIEDRICHSHAFEN
NISSAN PANKL PORSCHE SAUER DANFOSS
TATA DAEWOO TOYOTA MOTOR WINERGY
Für Lizenzerweiterungen bedanken wir uns
bei
AUDI AVL BOSCH COSMA DAEWOO DAIHATSU
DAIMLERCHRYSLER FORD GEISLINGER
HYUNDAI IAV MAN MITSUBISHI SCANIA
SKODA TOYOTA und VOLKSWAGEN
FEMFATNEWSLETTER
Winter Edition 2005
Strukturoptimierung mit TOSCA und FEMFAT
Eine Schnittstelle zwischen FEMFAT und der Optimierungssoftware
TOSCA ermöglicht die kombinierte Anwendung beider Programme.
Damit können Ergebnisse
einer Betriebsfestigkeitsrechnung bei der Formund auch bei Topologieoptimierung ver wendet
werden. Anschließend an
einen FE-Solver wird in der
Optimierungsschleife eine
FEMFAT-Rechnung im
Batch-Modus gestar tet.
Die FEMFAT-Ergebnisse
werden von TOSCA als Beanspruchungsparameter der Struktur
eingelesen. Entsprechend der Ergebnisverteilung wird nach den
TOSCA-internen Reglerparametern die Struktur modifiziert. Bei dieser
Vorgangsweise können lebensdauerrelevante Ergebnisse direkt
optimiert werden. Dynamische und statische Lastanteile werden
entsprechend berücksichtigt. Die Verwendung von Last-Zeit-Verläufen
sowie die Möglichkeit der multi-axialen Betriebsfestigkeitsrechnung
stehen zur Verfügung. Die schwierige Ermittlung von repräsentativen
Lastfällen für die Optimierung erübrigt sich dadurch.
Einfaches Beispiel für Topologieoptimierung:
Stahl
Grauguß
Die beiden dargestellten Strukturen ergeben sich für identen Bauraum
und gleiche Belastung, jedoch unterschiedliche Werkstoffe.
Der signifikante Einfluss des Werkstoffes ist deutlich zu erkennen.
Ebenso zeigt sich eine sehr gleichmäßige Materialausnutzung. Neben
den genannten Vorteilen können alle weiteren Berechnungsparameter,
die in FEMFAT verfügbar sind, berücksichtigt werden.
Auch die Kombination von anderen Optimierungstools wie Altair/Hyperstudy mit FEMFAT wurde erfolgreich eingesetzt.
Nähere Informationen: [email protected]
Punktfügebewertung mit FEMFAT
Steifigkeit und Festigkeitsverhalten von Leichtbauteilen in der Automobilindustrie werden massiv durch die Eigenschaften ihrer Fügeverbindungen beeinflusst. Die verwendete Fügetechnologie und die
Anzahl und Lage der Punktfügungen haben dabei sowohl einen großen
technischen als auch einen wirtschaftlichen Einfluss. Für die Berechnung von Punktfügungen stehen in FEMFAT SPOT verschiedene
Berechnungskonzepte zur Verfügung.
Bewertung Punktschweißungen nach dem Rondenkonzept
Bei dieser Methode werden die Elementspannungen in den dunkelblauen Elementen (s. Abb.1) für die Bewertung herangezogen. Das
Konzept beruht auf einer Neuvernetzung im Bereich der Punktschweißung. Für diese lokale Neuvernetzung (Remeshing) können sowohl
der FEMFAT SPOT Remesher als auch geeignete FE-Preprozessoren
(z.B.: ANSA, MEDINA, Hypermesh,...) herangezogen werden.
Die Steifigkeit der Verbindung wurde anhand von Versuchsdaten abgestimmt.
Bei der Betriebsfestigkeitsberechnung
basierend auf Spannungsdaten der neuvernetzten Struktur
erkennt FEMFAT die
Verbindungen autoAbb.1
matisch und führ t
gleichzeitig mit der Bewer tung der Fügeverbindungen auch die
Berechnung der Grundstruktur durch. Die der SPOT-Berechnung
zugrunde liegenden Schweißpunktwöhlerlinien werden in Abhängigkeit
von der in FEMFAT ermittelten dominierenden Belastungsrichtung
(Kopfzug, Scherzug,..) aus der SPOT-Datenbank entnommen.
Netzunabhängige Punktschweißbewertung
Bei dieser Methode werden die Kräfte des Verbindungselements für
die Bewertung herangezogen. Das Konzept funktioniert mit unabhängig
vernetzten Flanschen, wobei als Verbindungselemente BAR, BEAM
und ab Version 4.6 (Sommer 2005) CWELD und CHEXA zur Verfügung
stehen. Die Spannungen werden nach der JSAE Methode analytisch
errechnet. Es wird eine Vergleichsspannung gebildet und einer eigenen
Wöhlerlinie aus der SPOT-Datenbank gegenüber gestellt. Zurzeit ist
die Modellierung der Verbindungen auf CBAR und CBEAM Elemente
beschränkt, die auf verschiedene Arten die Bleche verbinden können
(siehe Abb. 2-3). Bei CWELD werden alle Verbindungsarten von
2
NASTRAN 2005 unterstützt, bei der CHEXA-Modellierung wird von
den üblichen RBE3-Elementen als Verknüpfungselemente ausgegangen. Diese Bewertungsmethode erfordert kein Remeshing.
Abb.3
Abb.2
Basierend auf den Schnittkräften des Verbindungselements der
einzelnen Bleche werden analytisch die Spannungen errechnet
(Plattentheorie mit steifem Zentralbereich). Dies führt bei dominierendem Kopfzug zu Unsicherheiten bei der Bewertung nach allen
kraftbasierenden Methoden. Das spannungsbasierende Rondenkonzept hat diesbezüglich keine Probleme.
Bewertung Stanznietverbindungen nach dem Rondenkonzept
Seit FEMFAT Version 4.5 besteht die Möglichkeit, Stanznietverbindungen
mit FEMFAT SPOT zu bewerten. Ähnlich der Punktschweißbewertung
wurde ein Ersatzmodell entwickelt, das die korrekte lokale Steifigkeit
abbildet und eine Bewertung der Lebensdauer ermöglicht. Basierend
auf Daten aus Probenversuchen wurde das Ersatzmodell kalibriert,
wobei Parameter wie Materialeigenschaften, Blechdicke, Stanznietdurchmesser und deren Kombinationen berücksichtigt wurden (Abb.4).
Nähere Informationen erhalten Sie von [email protected]
FEMFATNEWSLETTER
Winter Edition 2005
Berücksichtigung des technologischen Größeneinflusses in FEMFAT
Der technologische Größeneinfluss in FEMFAT berücksichtigt die
mit zunehmender Bauteilabmessung prozessbedingt abnehmende
Werkstoffdauerfestigkeit. Dabei wird bei FE-Schalenstrukturen als
technologische Größe die eingelesene Schalendicke ver wendet,
welche in FEMFAT an den Knoten gemittelt wird. Bei FE-SolidStrukturen dagegen muss der Benutzer die technologische Größe
explizit als Zahlenwert in [mm] vorgeben, und zwar bei den Knoteneigenschaften z.B. gruppenweise.
Achtung! Aktivieren Sie den technologischen Größeneinfluss, dieser
wird sonst nicht berücksichtigt.
Auch die Probendicke geht in die Berechnung ein, wobei zu beachten
ist, dass die Probendicke an 5 Stellen in den Werkstoffdaten
enthalten ist, nämlich bei den Festigkeitsdaten für Zug, Druck,
Biegung und Schub, und nochmals bei den allgemeinen Wöhlerdaten.
Beim technologischen Größeneinfluss kommt jedoch nur der Wert
von den allgemeinen Wöhlerdaten zur Anwendung!
Details aus der FKM-Richtlinie
In FEMFAT wird bei aktiviertem Größeneinfluss ein Einflussfaktor
auf die Werkstoff-Wechselfestigkeit berechnet, ab FEMFAT 4.5c
nach der derzeit gültigen FKM-Richtlinie [1, 2]. Es kann jedoch sein,
dass man bei der Lektüre der FKM-Richtlinie nicht sogleich fündig
wird. Das kann daran liegen, dass man die entsprechenden Formeln
in Kapitel 4 „Ermüdungsfestigkeitsnachweis mit ör tlichen
Spannungen“ gesucht hat. Dor t sind sie jedoch nicht, wie man
vielleicht erwarten würde, zu finden. Es befindet sich lediglich in
einer unscheinbaren Fußnote den Hinweis, dass der Größenfaktor
- so wie für die Zugfestigkeit beschrieben - in Kapitel 3 „Statischer
Festigkeitsnachweis mit örtlichen Spannungen“ zu verwenden ist.
Der dort in den Formeln aufscheinende „effektive Durchmesser“
ist identisch mit der in FEMFAT bei den Knoteneigenschaften
für den Bauteil einzugebenden „Technologischen Größe an 3D
Knoten“.
Seit FEMFAT 4.5c hat sich der Größeneinfluss aufgrund von Anpassungen an die aktuelle FKM-Richtlinie für folgende Werkstoffgruppen
geändert:
- Feinkornstahl
(FEMFAT-Werkstoffklasse 11)
- Nitrierstahl
(FEMFAT-Werkstoffklasse 17)
- Einsatzstahl
(FEMFAT-Werkstoffklasse 20)
- Grauguss
(FEMFAT-Werkstoffklasse 31)
- Aluminiumknetlegierung
(FEMFAT-Werkstoffklasse 61)
- Aluminiumgusslegierung
(FEMFAT-Werkstoffklasse 62)
In der folgenden Grafik ist der Dauer festigkeitseinfluss der
technologischen Größe für verschiedene Werkstoffklassen dargestellt. In Klammern sind die zugehörigen FEMFAT-Werkstoffklassen
angegeben.
[1] FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile aus Stahl, Eisenguss- und Aluminiumwerkstoffen“,
4. Ausgabe 2002, www.vdma-verlag.de.
[2] FKM-Guideline „Analytical Strength Assessment“, 5th Edition
2003, www.vdma-verlag.de.
Performanceunterschiede verschiedener Hardware-Konfigurationen
Es wurden Benchmark-Beispiele für BASIC, TransMAX und ChannelMAX auf allen derzeitigen Entwicklungsplattformen gerechnet und
verglichen. Bitte beachten Sie, dass manche Plattformen nicht am
technisch letzten Stand sind. Durch Hochrechnung auf den tatsächlichen CPU-Takt können Sie die Per formance auf Ihrer Hardware
sehr gut abschätzen:
Hardware
Betriebssystem
AMD Opteron
Linux Redhat EL 3
2000
Intel Pentium IV
Windows XP
3400
HP Itanium II
HP-UX 11.22
900
IBM RS6000
AIX 5.1
450
Intel Pentium III
Linux Redhat 7.3
800
HP PARisc
HP-UX 11.00
360
SUN Sparc
Solaris 8
333
SGI Mips
IRIX 6.5
195
Interessant sind die im Vergleich zu FEMFAT BASIC (Schädigungsrechnung) hohen Rechenzeiten der HP PA-Risc bei TransMAX und
der SGI Mips und SUN Sparc bei ChannelMAX. Dies dürfte sowohl
an unterschiedlichen CPU Designs als auch an der Leistung der
Disksubsysteme liegen. Da FEMFAT eher integerlastig ist, korreliert
die Performance recht gut mit der CPU-Taktfrequenz.
CPU-Takt
[Mhz]
Die absoluten Rechenzeiten betragen auf der schnellsten Plattform:
BASIC
89,12 min.
TransMAX
12,12 min.
ChannelMAX
5,57 min.
3
FEMFATNEWSLETTER
Winter Edition 2005
FEMFAT Schulungen - neue Termine 2005
Fatigue life/Damage and
safety factors for simple loads,
comprehensive FE-interfaces
and material database
Engineering Center Steyr, St. Valentin
Engineering Center Detroit, USA
16.
13.
14.
30.
18. Februar
17. Juni
21. Oktober
- 17. Februar
Mai (anlässlich FEMFAT User Meeting)
- 15. September
November - 1. Dezember
Preise (exkl. MWSt.):
pro Teilnehmer
Euro 770,-
pro weiterer Teilnehmer
desselben Unternehmens
Euro 610,UNI/Forschungsgesellschaft
Euro 300,-
3D-postprocessor
Inklusive 2-monatiger
FEMFAT Testlizenz
Information:
[email protected]
Multiaxial fatigue
*** KURZMELDUNG *** KURZMELDUNG *** KURZMELDUNG *** KURZMELDUNG ***
Welded structures
Spot-joined structures
PLAST
Local plasticity
BREAK
Static safety factors
HEAT
Literatur
“Support vor Ort”
Wir möchten nochmals daran erinnern, dass
die FKM Richtline unter dem Titel "Analytical
Strength Assessment" seit dem Jahr 2004
in englischer Sprache zu EUR 180,- exkl.
Versandspesen zur Ver fügung steht.
Neben den bereits eingeführten MAGNA STEYR
Offices in Tokio, Shanghai und Detroit wird in
Zukunft auch die Einbindung von MAGNA STEYR
FRANCE und MAGNA STEYR INDIA verstärkt
betrieben. Beispielsweise wurden im Dezember
2004 Software Seminare in allen automotiven
Zentren Indiens abgehalten, die das Interesse
von ca. 50 indischen Unternehmen fanden. In
Frankreich hat MAGNA STEYR Mitte 2004 die
französische DUARTE Groupe mit 300 Mitarbeitern übernommen, was den Eintritt in diesen
speziellen Markt maßgeblich erleichtern wird.
Bestelladresse:
Dr. Er win Haibach, Fachbuchversand
Augustastrasse 15, D-65189 Wiesbaden
Germany, Telefon +49-611-9010-775
Fax +49-611-9010-776
e-mail: [email protected].
Thermomechanical fatigue
STRAIN
Measured strain based
fatigue analyses
Dynamisches Gesamtsystemverhalten von Fahrzeugantrieben Augsburg
01.-02.03.2005
Altair OptiStruct Users Meeting 2005
Stuttgart
SAE 2005 World Congress + FD&E
Detroit
11.-14.04.2005
NAFEMS Strukturoptimierung
Wiesbaden
27.-28.04.2005
26. Internationales Wiener Motorsymposium
Wien
28.-29.04.2005
5. Int. FEMFAT User Meeting
Steyr
11.-13.05.2005
NAFEMS World Congress
Malta
17.-20.05.2005
DVS Tagung
Braunschweig 01.-02.06.2005
VDI Nutzfahrzeuge 2005
Böblingen
09.-10.06.2005
AVL International User Meeting 2005
Graz
13.-14.06.2005
BUSTRUCK: 21. Congress on Commercial Vehicles
Budapest
29.-31.08.2005
3.Symposium "Reifen und Fahrwerk"
Wien
4th Int. Conference on Fracture of Polymers, Adhesives and
Composites 4th ESIS TC4 Conference
Les Diablerets 11.-14.09.2005
32. Tagung: DVM Arbeitskreis Betriebsfestigkeit Fügen
und Betriebsfestigkeit
Rüsselsheim
Impressum:
Local ABAQUS UM
Detroit
27.10.2005
Engineering Center Steyr GmbH & Co KG
Steyrer Strasse 32, A-4300 St. Valentin
Tel: ++43 7435 501 303,
Fax: ++43 7435 501 300
[email protected]
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14. Aachener Kolloquium
Aachen
04.-06.10.2005
CADFEM User Meeting
Bonn
09.-11.11.2005
Fatigue Design 2005
Senlis
16.-17.11.2005
Engine dynamics/Acoustics
simulation
Sub-modeling
Analysis & preparation of data
4
Veranstaltungskalender 2005
13.04.2005
26.09.2005
05.-06.10.2005